第2章_数据通信基础(习题答案)

第2章数据通信基础习题及答案一、填空题(1)按使用的传输介质划分，信道可以分为__有线信道___和__无线信道__两类。(2)按允许通过的信号类型划分，信道可以分为_模拟信道_和_数字信道_两类。(3)按数据传输的方向和时序关系分类，信道可以分为_单工信道__、__半双工信道__和__全双工信道__三类。(4)按传输信号频谱分类，信道可以分为__基带信道__和___频带信道_两类。(5)数据通信系统的主要技术指标有__码元速率__、__信息速率__、__误比特率_、__误码率_、__可靠度__、_频带利用率__和__通信建立时间___。(6)常用的数字传输系统的标准有__T1____和__E1__。(7)按同步方式划分，交换可以分为（同步交换）和（异步交换）两种类型。(8)按差错控制的方式划分，交换可以分为（分组交换）和（快速分组交换）两种类型。(9)按存储转发的信息单位划分，交换可以分为（报文交换）和（分组交换）两种类型。(10)按占用信道的方式划分，交换可以分为（电路交换）和（分组交换）两种类型。(11)按交换的信号类型划分，交换可以分为（数字交换）和（模拟交换）两种类型。(12)按信号分割方式划分，信道共享技术分为（频分复用）、（时分复用）、（波分复用）和（码分复用）四种类型。(13)按接入信道的方式划分，信道共享技术分为（集中器接入）和（多点接入）两种类型。(14)按共享策略的实施时间划分，信道共享技术分为（静态复用）和（动态接入）两种类型。(15)采用交换技术的计算机通信网络的核心设备是（结点交换机/路由器）。二、名词解释信息：从信息论的角度来讲，信息就是对消息解除不确定度。通常把信息理解成所关注的目标对象的特定知识。数据：数据是对所关注对象进行观察所得到的结果或某个事实的结果。信号：信号是通信系统实际处理的具体对象。基带、基带传输：在电磁波的傅利叶级数表示中，从零开始并覆盖了信号的主要能量表现的那段频率范围称为基本频带，简称基带。在信道中直接传送基带信号的传输模式称为基带传输。调幅以数字基带信号去调节正弦载波信号的振幅，使得载波信号的振幅随数字基带信号的变化而变化即为调幅。调频以数字基带信号去调节正弦载波信号的频率，使得载波信号的频率随数字基带信号的变化而变化即为调频。调相以数字基带信号去调节正弦载波信号的相位，使得载波信号的相位随数字基带信号的变化而变化即为调相。频分复用通信系统为每个用户预先分配一定带宽的通信频带，在整个通信的过程中用户始终占用着这个频带。时分复用将整个频带的信道按时间划分成等长的时分复用帧。每个时分复用帧按照用户的数目再划分成等长的时隙。将一个时分复用帧的各个时隙按顺序编号，每一位时分复用的用户都将占有一个编号的时隙。而且对于任意一个时分复用帧来说，一个特定的用户所占用的时隙的编号是固定的。也即，对于一个特定的用户而言，在每一个时分复用帧中都有一个固定的时间片专门为其提供信道的使用服务。波分复用光的频分复用。码分复用在发送端使用各不相同的、相互（准）正交的伪随机地址码调制其所发送的信号，在收端则采用同样的伪随机地址码从混合信号中解调检测出相应的信号。统计时分复用时分复用帧不再依照系统的用户数量划分时隙，时隙与系统用户不再有一一对应的关系，时隙的数量要少于系统用户的数量。系统依次对各条用户的输入线路进行扫描，如果扫描到的线路上有要传送的数据，则立刻将其填入复用帧空闲的时隙中。每当一个复用帧的所有时隙被填满后就立刻发送，然后系统再生成一个空的复用帧等待用户数据的填充。CSMA/CD载波监听指的是每一台计算机在发送数据之前要监听信道上是否有信号存在，若有信号存在，则意味着有其它计算机在传传送数据，需要退避一段时间再次监听以免发生数据碰撞；若没有信号存在，则意味着信道正处在空闲阶段，本地主机就开始发送数据。多点接入指的是在连接到公共信道的各个接入点上，用户只要有数据就可以向总线传送。随机接入蕴含着竞争的思想，即公共信道资源谁先抢上谁使用。用户在发送数据的时候要执行冲突检测的策略。冲突指的是总线上的两台计算机传输的数据的时间有所重叠，结果是传输的数据在总线上相遇进而互相影响，信号严重失真而无法正确接收。冲突检测是检测总线上是否发生了冲突的方法。一般的做法是计算机边发送边接收，如果接收到的信号与发送的信号相比，其电压值摆动太大超过了一定的阈值就认为产生了冲突。一旦检测到了冲突的发生，数据的发送方立刻停止发送数据并且发出特定编码和长度的扰码信息，告知网络上其它的主机发生了冲突，请暂缓发送数据以免加重冲突。随后，数据发送主机也将选择一个退避时间，然后重新开始监听信道发送信息。三、简答题(1)请简述信息、数据和信号这三个概念之间的关系。数据蕴含着信息，而信号是数据的具体表现。(2)通信系统的结构是怎样的？数据通信系统一般由数据终端设备DTE、传输信道和数据电路终接设备DCE三部分构成。其中，数据终端设备又由数据输入/输出设备和通信控制器两部分构成。一般来说，数据输入/输出设备指的是信源和信宿，通信控制器指的是信源/信道的编/译码器，数据电路终接设备指的是调制/解调器。(3)信道编码和信源编码有何不同？信源编码是将模拟或者数字信源的输出表示成二进制数字序列，以尽可能少的二进制字符串来表示信源输出的信号，从而提高通信的效率。信道编码是在信源编码器输出的二进制数字序列中加入一些冗余的编码，在接收方通过某种方式的计算用来提高接收数据的准确度和可靠性。两者的目的和作用是不同的。(4)全双工模式与半双工模式的区别是什么？利用半双工信道进行通信的双方不允许同时进行数据传输，某个时刻只能有一方进行传输。而在全双工信道中，数据可以同时双向传递。(5)模拟信号能否在数字信道上传输？数字信号能否在模拟信道上传输？在模拟信道的两端加上调制解调设备，将输入的数字信号转换为模拟信号，即可在模拟信道上传输数字信号。模拟信号经过采样、量化和编码转换成数字信号的形式，即可在数字信道上传输。(6)波特率和比特率的区别是什么？波特率指的是单位时间内信道传输的码元数量，单位是Baud（波特）。而码元是使得通信系统能够正确识别信号的最小单位。比特率指的是单位时间内信道传送的信息量的大小，单位是bit/s（比特/秒）。两者的描述对象不同。(7)解释“并行传输”和“串行传输”的概念，并指明两者的区别。并行传输意味着多个二进制位信号将同时由发送方传送往接收方。这需要为每一个传输的二进制位信号都设立一个信道。各二进制位信号在各自的信道中同时传输，互不干扰。串行传输则是将多个二进制位信号在同一个信道上依次传输。两者的数据位信号发送方式不同，前者是并发式的，后者是顺序的。(8)请解释“同步传输”和“异步传输”的概念，并指明两者的区别。两者传输实现的方式是不同的。异步传输指只要发送方有数据要发送，就可以随时向信道发送信号。而接收端则通过检测信道上电平的变化自主地决定何时接收数据。在发送信息之前需要发送一小段具有特定格式的数据，让接收方做好接收的准备工作。准备工作主要是让接收方读取数据的控制脉冲与发送数据信号的频率一致，不至于读错。在信息发送完毕后，还要发送一小段具有特定格式的数据，告诉接收方该信息段传输结束。异步传输模式传输灵活、控制简单，但同步数据开销大、效率低。同步传输模式要求建立精确的同步系统。接收端接收信息位的行为都要和发送端的发送行为保持准确地同步。在信道上，各个码元占据同等的码元宽度，顺序且不间断地进行传输。以同步传输模式传输数据时，一般将构造一个较大的、具有一定格式的数据块然后再传输，该数据块称为帧。收发双方不仅要求保持码元（位）同步的关系，而且还要求保持着帧（群）同步的关系。同步传输模式传输效率高、速度快，但控制技术较为复杂。(9)请简述模拟信号调制的过程。模拟信号的调制一般分为以下两个步骤：1）采样模拟信号调制的第一步应该是把连续量转变成适合数字化处理的离散量的形式。采样就是在单位时间内，从模拟信号中等时间间隔地抽取一部分离散的信号值。根据香侬采样定理：只要采样频率不低于原始信号最高频率的两倍，就可以从采样脉冲信号中无失真地恢复出原有的话音信号。因此连续量的离散化操作是可行的。2）量化编码采样操作完成后，获得的一系列离散信号值还无法被数字通信系统直接使用，原因是数字通信系统往往只能处理二进制数据信号。因此，必须要把每个信号值数字化成二进制位串，这个过程称为量化。量化必须要确定要用多少个二进制位来表示一个信号值。从理论上讲，用于表示信号值的二进制位串越长，表示信号值的精度也就越高，但是最终需要传输的二进制数据信号也就越多，因此不能无限制地增加二进制位串的长度。编码即解释每个信号值要用多少二进制位来表示；二进制位串是如何组合的，不同的位的意义是什么；如果有多个信道的话，表示多个信道的二进制位串如何组合到一起，各位串之间如何区分等问题。(10)什么叫做同步？为什么需要同步这种技术？同步技术从本质上说蕴含的是时序的思想。即当发送方发出的数据信号序列到达接收端时，接收端能够通过某种手段调整自己的接收触发脉冲，使得自己的接收触发脉冲的频率与生成数据信号序列的发送端的生成（发送）频率一致。数据信号序列在信道中传输时，其信号宽度不会发生改变，因此序列中的数据信号依次到达接收端的频率与发送端的生成（发送）频率相等。读取频率和生成频率保持一致保证了接收端读取数据的正确性，既不会发生多读的现象，也不会发生漏读的现象。同步技术直接影响了通信系统的可用性，是影响通信系统是否能够正常工作的关键。如果同步措施使用不当，目的用户无法正确接收数据，那么即使信道带宽再大，数据传输率再高也没有任何功效。(11)为什么需要群同步？其与载波同步和位同步的区别是什么？在计算机通信系统中，传输的数据位常常被组织成有意义的数据块，这种数据块是计算机网络应用的基础。在信道中这种数据块表现为各种码元序列，而群同步技术的目的就是判断这些码元序列的开始与结束的位置。该技术保证了接收端能够正确接收这种数据块。群同步是码元的分组以及译码所需的同步，而载波同步和位同步是数据信号的解调所需的同步。(12)请说明同步实现方法的分类。一般来说，同步技术的实现有以下三种方法：1）统一时间标准：要求信息的发送方和接收方都受到同一个标准时间源的控制。2）使用独立的同步信号：将一个特殊的同步信号或者导频与数据信号一同传输，接收方通过判读同步信号或者导频来获取同步信息。3）自同步：接收方根据数据流本身的特性提取同步信息。(13)交换是什么意思？有什么作用？从通信资源分配的角度来看，交换就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。其作用是实现从源端到目的端的通信信道，进而进行信息的传输。(14)什么是电路交换？电路交换分为哪几个阶段？电路交换定义：在通话前通过用户的呼叫，由网络预先给用户分配传输资源。若呼叫成功，则从主叫端到被叫端建立起了一条物理通路，双方即可通话。电路交换分为三个阶段：1）建立连接阶段利用电话交换技术传输数据，首先需要在通信的双发之间建立一条连接电路。若需经过多个结点交换设备，则必须要在每个结点交换设备上为该连接预留通信资源。2）连接维持阶段电路建立以后，即在通信双方之间构建了一条全双工的信道。数据可以沿着这条信道快速、顺序地传输，延迟小、无阻塞，不会改变传输的路径。3）释放连接阶段当数据传输完毕后，由某一端发送连接释放请求到另一端。当电路被释放后才能够被其他用户所使用。(15)电路交换的特点是什么？可否连接不同传输速率的设备？为什么？电路交换技术具有如下特点：1）在通话的全部时间之内，用户始终占用端到端的固定传输带宽。2）数据传输速度快，传输延迟小。3）数据按序传输。4）当通路中的任意一点断开时，必须重新建立拨号连接，连通性不强。5）建立连接所花费的时间太长，不适合只传送少量的数据，否则耗费比太大。6）如果将电路交换应用到计算机数据的传输环境中，由于计算机数据是突发传输的，那么大部分的时间内线路是空闲的，这是对通信资源的重要组成部分——线路资源的极大浪费，即线路利用率低下。7）由于计算机和各